(57)【要約】【課題】  複数の実装工程が行われる際の保持部材に対する接合部材の位置決め精度を高くするとともに、実装工程で用いるはんだの種類を少なく済ませることができるパワーモジュールの製造方法を提供する。【解決手段】  凝固することによって電子部品１１，１２を接合するはんだ５を保持基板１０の表面に設け、はんだ５によって電子部品１１，１２を保持基板１０の表面に固定した後、はんだ５を溶融させて溶融はんだ５Ａとして、電子部品１１，１２を保持基板１０に対して相対的に移動可能とする。次に、位置決め治具２０における第２突起部２２および第３突起部２３によって、第２電子部品１２を保持基板１０に対する予め定められた位置に案内する。その後、溶融はんだ５Ａを再凝固させてはんだ５とし、保持基板１０に対して電子部品１１，１２を固定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝固することによって接合部材を接合する固定材料を保持部材の表面に設け、前記固定材料によって前記接合部材を前記保持部材の表面に固定した後、
前記固定材料を溶融させて、前記接合部材を前記保持部材に対して相対的に移動可能とし、
案内構造を備える治具によって、前記保持部材に対する予め定められた位置に前記接合部材を案内し、
前記固定材料を再凝固させて、前記保持部材に対して前記接合部材を固定することを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
【請求項２】
前記保持部材および前記接合部材に対して、それぞれ異なる応力を付与しながら、前記固定材料の再溶融および前記接合部材の案内を行う請求項１に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項３】
前記固定材料の凝固が第１リフロー工程で行われ、前記固定材料の再凝固が第２リフロー工程で行われる請求項１または請求項２に記載のパワーモジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置であるパワーモジュールは、たとえば基板となるリードフレームなどの保持部材を備えており、この保持部材に対してチップ部品などの半導体素子がはんだ付けによって実装されている。また、半導体素子は、リードフレームに対して複数実装されていることが多く、これらの半導体素子は、それぞれはんだ付けされてリードフレームに実装されている。
【０００３】
リードフレームに半導体素子を実装する際には、複数の工程を経ることが多く、複数の工程でそれぞれはんだ付けが求められる。このような複数の工程を経てはんだ付けが行われるパワーモジュールの製造方法として、従来、溶融温度の異なるはんだを用いる方法がある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
このパワーモジュールの製造方法では、セラミック基板の表面に半導体素子であるベアチップをはんだ付けするとともに、セラミック基板の裏面にベース板をはんだ付けしている。このとき、セラミック基板とベアチップとを接合するはんだとして、溶融温度がセラミック基板とベース板とを接合するはんだの溶融温度よりも高いはんだを用いている。
【０００５】
また、このパワーモジュールの製造方法では、１回目の実装工程でセラミック基板とベアチップとのはんだ付けを行い、２回目の実装工程でセラミック基板とベース板とのはんだ付けを行っている。そして、各実装工程において、セラミック基板とベアチップおよびセラミック基板とベース板との位置決めを行っている。
【０００６】
このように、セラミック基板の表面と裏面とにおけるはんだの溶融温度を異なるようにすることにより、半導体素子の平面方向の位置を制御することができるとともに、厚み方向の位置も制御している。こうして、平面方向および厚み方向における寸法ばらつきを管理し制御することができるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−７７２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、パワーモジュールにおいてセラミック基板（保持部材）に半導体素子等（接合部材）を実装する際には、半導体素子等を基板に対して精度よく位置決めすることが求められる。この点、上記特許文献１に開示されたパワーモジュールの製造方法では、１回目と２回目の実装工程のそれぞれにおいて、セラミック基板とベアチップおよびセラミック基板とベース板との位置決めを行っている。
【０００９】
このため、１回目の実装工程における位置決めの精度が悪い場合には、２回目の実装工程において、その精度の低下の影響を受けて、さらに精度が悪化するという問題があった。さらに、上記特許文献１に開示されたパワーモジュールの製造方法では、溶融温度の異なる２種類のはんだを用いている。このため、複数種類のはんだを用意しなければならいという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明の課題は、複数の実装工程が行われる際の保持部材に対する接合部材の位置決め精度を高くするとともに、実装工程で用いるはんだの種類を少なく済ませることができるパワーモジュールの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決した本発明に係るパワーモジュールの製造方法は、凝固することによって接合部材を接合する固定材料を保持部材の表面に設け、固定材料によって接合部材を保持部材の表面に固定した後、固定材料を溶融させて、接合部材を保持部材に対して相対的に移動可能とし、案内構造を備える治具によって、保持部材に対する予め定められた位置に接合部材を案内し、固定材料を再凝固させて、保持部材に対して接合部材を固定することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るパワーモジュールの製造方法においては、固定材料によって接合部材を保持部材の表面に固定した後、固定材料を再溶融させて、接合部材を保持部材に対して相対的に移動可能とし、固定材料を再凝固させて保持部材に対して接合部材を固定する。このとき、案内構造を備える治具によって、保持部材に対する予め定められた位置に接合部材を案内している。このため、先に固定材料によって保持部材に接合部材を固定した際の精度低さが、固定材料を溶融させた後に再凝固させて保持部材に接合部材を固定する際の精度に与える影響を排除することができる。したがって、複数の実装工程が行われる際の保持部材に対する接合部材の位置決め精度を高くすることができる。さらに、保持部材に接合部材を固定する際には、固定材料を溶融させて再凝固させるようにしている。このため、固定材料を凝固させる際と再凝固させる際とで固定材料の種類を変える必要がないので、実装工程で用いるはんだの種類を少なく済ませることができる。
【００１３】
ここで、保持部材および接合部材に対して、それぞれ異なる応力を付与しながら、固定材料の再溶融および接合部材の案内を行うようにすることができる。
【００１４】
このように、保持部材および接合部材に対して、それぞれ異なる応力を付与しながら、固定材料の再溶融および接合部材の案内を行うことにより、保持部材に対して接合部材を精度よく位置決めすることができる。
【００１５】
また、固定材料の凝固が第１リフロー工程で行われ、固定材料の再凝固が第２リフロー工程で行われるようにすることができる。
【００１６】
本発明に係るパワーモジュールの製造方法は、このような固定材料の凝固を第１リフロー工程で行い、再凝固を第２リフロー工程で行う製造方法に用いて好適である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るパワーモジュールの製造方法によれば、複数の実装工程が行われる際の保持部材に対する接合部材の位置決め精度を高くするとともに、実装工程で用いるはんだの種類を少なく済ませることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る実装工程を経て製造されたパワーモジュールの一部の側面図である。
【図２】パワーモジュールにおける電子部品の実装工程を示す工程図である。
【図３】図２に続く工程を示す工程図である。
【図４】本実施形態の比較となる電子部品の実装工程の一部を示す側面図である。
【図５】本実施形態の比較となる電子部品の他の実装工程の一部を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る実装工程を経て製造されたパワーモジュールの一部の側面図、図２は、本発明の実施形態に係るパワーモジュールの製造工程を示す工程図である。本実施形態に係るパワーモジュールの製造方法によって製造されたパワーモジュールは、図１に示すように、本発明の保持部材である保持基板１０に対して、第１の接合部材である第１電子部品１１および第２の接合部材である第２電子部品１２が固定されて構成されている。
【００２１】
第１電子部品１１および第２電子部品１２は、第１リフロー工程で保持基板１０に対して固定される。続いて、第２リフロー工程において、一旦固定状態から解放された後に再固定される。第１電子部品１１および第２電子部品１２は、いずれも固定材料であるはんだ５によって保持基板１０に対して固定されている。
【００２２】
次に、本発明の実施形態に係るパワーモジュールを製造する際のパワーモジュールにおける接合部材の実装工程について説明する。図２は、パワーモジュールにおける接合部材の実装工程を示す工程図である。図１に示すパワーモジュールを製造するにあたり、まず、第１リフローで、保持基板１０における所定の位置に第１電子部品１１を位置決めして固定する。
【００２３】
保持基板１０に第１電子部品１１を固定する際には、保持基板１０と第１電子部品１１との間にはんだ５を介在させ、第１リフロー工程ではんだ５を溶融させてから凝固させる。このようにして、保持基板１０に対して第１電子部品１１を固定する。同様に、第１リフロー工程において、保持基板１０に第１電子部品１１を固定するのと同時に保持基板１０における所定の位置に第２電子部品１２を位置決めし、はんだ５によって固定する。
【００２４】
次に、第２リフロー工程において、保持基板１０に対する第１電子部品１１および第２電子部品１２の再固定が行われる。第２リフロー工程では、図２（ａ）に示す位置決め治具２０が用いられる。第２リフロー工程に入る段階では、第１電子部品１１および第２電子部品１２は、いずれもはんだ５によって保持基板１０に固定されている。
【００２５】
また、図２（ａ）に示すように、第２リフロー工程で用いられる位置決め治具２０は、第１突起部２１、第２突起部２２、および第３突起部２３を備えている。第１突起部２１と第２突起部２２との間に、第１電子部品１１の位置決めを行う第１位置決め部２４が形成されており、第２突起部２２と第３突起部２３との間に、第２電子部品１２の位置決めを行う第２位置決め部２５が形成されている。
【００２６】
第２リフロー工程では、第１突起部２１と第２突起部２２との間における第１位置決め部２４に第１電子部品１１が配置され、第２突起部２２と第３突起部２３との間における第２位置決め部２５に第２電子部品１２が配置される。また、第２突起部２２および第３突起部２３の上面には、テーパが形成されている。第２突起部２２の上面に形成されたテーパは、第３突起部２３に近づくにつれて下降する傾斜を有している。また、第３突起部２３の上面に形成されたテーパは、第２突起部２２に近づくにつれて下降する形状を有している。第２突起部２２および第３突起部２３が、本発明の案内構造を形成している。
【００２７】
さらに、位置決め治具２０は、保持基板１０における高さ方向以外の方向に対する位置決めを行う位置決めピン２６を備えている。位置決めピン２６は、保持基板１０における任意の点を支持することによって、保持基板１０を支持している。また、位置決め治具２０は、保持基板１０と第２電子部品１２との相対的な高さを位置決めする高さ位置決めピン２７（図３（ａ）参照）を備えている。
【００２８】
この位置決め治具２０を用いて行われる第２リフロー工程では、図２（ａ）に示すように、位置決めピン２６によって保持基板１０を支持する。位置決めピン２６によって保持基板１０を保持する際には、第１位置決め部２４の真上に第１電子部品１１が位置するように位置決めを行う。
【００２９】
そのまま、位置決めピン２６に沿って保持基板１０を下降させる。このとき、第１リフロー工程では、第２電子部品１２の位置決めの精度が低くされていることから、第２電子部品１２は、第２突起部２２または第３突起部２３の上面に干渉する。図２（ａ）に示す例では、第２電子部品１２は、第２突起部２２の上面に干渉している。第２電子部品１２が第２突起部２２と干渉した時点で、保持基板１０の下降は一旦停止する。
【００３０】
続いて、図２（ｂ）に示すように、保持基板１０に応力を付与する第１重し３１および第２電子部品１２に応力を付与する第２重し３２を保持基板１０および第２電子部品１２に対してそれぞれ取り付ける。こうして、保持基板１０および第２電子部品１２に対して垂直に荷重が掛かる状態を形成し、はんだ５が溶融した際に、電子部品１１，１２が保持基板１０に対して保持基板１０の表面に沿った方向に移動可能となるようにする。
【００３１】
また、第１重し３１および第２重し３２の重量は適宜調整されており、ここでは異なる重量とされている。こうして、保持基板１０に付与する応力および第２電子部品１２に付与する応力を異なるようにする。それから、第２電子部品１２が第２突起部２２と干渉した状態を維持したまま、図２（ｃ）に示すように、位置決め治具２０並びに位置決め治具２０に取り付けられた保持基板１０および電子部品１１，１２を図示しないリフロー炉に挿入する。
【００３２】
位置決め治具２０並びに位置決め治具２０に取り付けられた保持基板１０および電子部品１１，１２をリフロー炉に投入する際、リフロー炉の温度をはんだ５の融点よりも高い温度に調整する。こうして、第２リフロー工程における加熱を開始すると、保持基板１０と電子部品１１，１２とを接合するはんだ５が溶融して溶融はんだ５Ａとなる。
【００３３】
はんだ５が溶融して溶融はんだ５Ａとなると、電子部品１１，１２は、保持基板１０に対する固定から解放されるとともに、保持基板１０に対しては溶融はんだ５Ａの表面張力によって付着している。このため、電子部品１１，１２は、保持基板１０の表面に沿って移動可能となる。さらに、保持基板１０を下降させると、第２電子部品１２は、第２突起部２２の上面に形成されたテーパに沿って下降する。
【００３４】
第２電子部品１２が第２突起部２２の上面に形成されたテーパに沿って下降すると、第２電子部品１２は、保持基板１０とともに下方に移動する。さらに、第２電子部品１２は、保持基板１０の裏面に付着したままで保持基板１０の裏面に沿って移動し第２突起部２２と第３突起部２３との間に形成された第２位置決め部２５に案内される。
【００３５】
そのまま第２電子部品１２が保持基板１０に沿って移動すると、図３（ａ）に示すように、第１電子部品１１が第１位置決め部２４に収容され、第２電子部品１２が第２位置決め部２５に収容される。このとき、位置決め治具２０の両側の位置に、保持基板１０の高さ位置を位置決めする高さ位置決めピン２７を取り付ける。
【００３６】
その後、保持基板１０および第２電子部品１２におけるそれぞれが第１重し３１および第２重し３２によって押し込まれる。このため、保持基板１０および第２電子部品１２の高さ方向の位置が位置決めされる。また、第１電子部品１１は、第１重し３１の作用によって高さ方向の位置が位置決めされる。
【００３７】
それから、保持基板１０および電子部品１１，１２をリフロー炉内で冷却する。リフロー炉内において冷却を行うと、溶融はんだ５Ａが再凝固し、図３（ｂ）に示すように、はんだ５となる。このはんだ５により、保持基板１０に対して電子部品１１，１２が固定される。その後、保持基板１０および電子部品１１，１２をリフロー炉から取り出すことにより、保持基板１０に対して電子部品１１，１２が実装される。同様の手順で他の接合部材も保持部材に実装され、パワーモジュールが製造される。
【００３８】
ここで、第１リフロー工程で保持基板と電子部品とをはんだによって接合し、さらに第２リフロー工程で保持基板と電子部品とが再溶融する構造を第１比較対象として考える。この場合、第１リフロー工程において保持基板と電子部品との間で位置ずれが発生する。その後、第２リフロー工程で保持基板と電子部品のとの間のはんだが再溶融する構造では、第２リフロー工程で第１リフロー工程における位置ずれを考慮した位置決め治具を用いることが求められる。このため、図４に示すように、第１比較対象で用いられる位置決め治具４０においては、保持基板１０に保持された第１電子部品１１の位置決めを行う位置決め部４１を形成する際に、第１リフロー工程で生じた位置ずれを考慮するために、位置決め部４１の幅を広くする必要がある。したがって、第２リフロー工程が済んだ後には、保持基板１０に対する第１電子部品１１の位置精度がさらに低くなってしまう。
【００３９】
この点、本実施形態に係るパワーモジュールの製造方法においては、はんだ５によって電子部品１１，１２を保持基板１０の表面に固定した後、はんだ５を溶融させて溶融はんだ５Ａとし、電子部品１１，１２を保持基板１０に対して相対的に移動可能とする。その後、溶融はんだ５Ａを再凝固させて凝固したはんだ５とし、保持基板１０に対して電子部品１１，１２を固定する。このとき、案内構造を備える位置決め治具２０によって、保持基板１０に対する予め定められた位置に第２電子部品１２を案内している。
【００４０】
このため、先にはんだ５によって保持基板１０に第２電子部品１２を固定した際の精度低さが、はんだ５を溶融させた後に再凝固させて保持基板１０に第２電子部品１２を固定する際の精度に与える影響を排除することができる。したがって、複数の実装工程が行われる際の保持基板１０に対する電子部品１１，１２の位置決め精度を高くすることができる。
【００４１】
さらに、第１リフロー工程で保持基板に対して、第１電子部品および第２電子部品をはんだによって固定し、第２リフロー工程では、第２電子部品を保持基板に固定しているはんだを再溶融させて、第２リフロー工程で第２電子部品の位置決めを行うことが考えられる。
【００４２】
この場合、図５に示すように、第２リフロー工程では、保持基板１０に第１電子部品１１を固定する第１はんだ６は再溶融せず、保持基板１０に第２電子部品１２を固定する第２はんだ７が再溶融することで、第２電子部品１２の位置決めを第２リフロー工程で行うこととなる。したがって、第２電子部品１２に対する第１リフロー時の位置ずれの影響がなくなるため、位置決めの精度を高めることができる。
【００４３】
ところが、この製造方法では、第２リフロー工程で第１電子部品１１を保持基板１０に固定する第１はんだ６が第２リフロー工程で再溶融しないことが求められる。このため、第１はんだ６と第２はんだ７として、融点の異なるはんだを用いる必要があり、複数種類のはんだを用いることが必要となる。
【００４４】
この点、本実施形態に係るパワーモジュールの製造方法では、保持基板１０に電子部品１１，１２を固定する際には、はんだ５を溶融させて再凝固させるようにしている。このため、はんだ５を凝固させる際と再凝固させる際とではんだ５の種類を変える必要がないので、実装工程で用いるはんだの種類を少なく済ませることができる。
【００４５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、第２リフロー工程で第１電子部品１１に重しを取り付けていないが、第１電子部品１１にも重しを取り付ける態様とすることができる。また、上記実施形態では、リフロー工程を２回としているが、３回あるいはそれ以上の回数とすることもできる。もちろん、電子部品はさらに多くの数を取り付けることができる。さらに、上記実施形態において、案内構造は上面にテーパが設けられた第２突起部２２および第３突起部２３で構成されているが、他の態様で構成することもできる。
【符号の説明】
【００４６】
５…はんだ、５Ａ…溶融はんだ、１０…保持基板、１１…第１電子部品、１２…第２電子部品、２０…位置決め治具、２１…第１突起部、２２…第２突起部、２３…第３突起部、２４…第１位置決め部、２５…第２位置決め部、２６…位置決めピン、２７…高さ位置決めピン、３１…第１重し、３２…第２重し。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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